(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室のコークス炉ガス（ＣＯＧ）ストリームに二酸化炭素、水またはこれらの混合物であるガス化剤を供給する段階と、
前記ガス化剤を炭化室内の炭素と反応させて炭素をガス化する段階と、を含み、
前記コークス炉ガスストリームに供給されるガス化剤は、コークス炉ガス総発生量の０．１〜１０％であり、前記ガス化剤が供給されたコークス炉ガスストリームは、炭化室で５秒〜１分間滞留するように制御することを特徴とするコークス炉ガスの増量方法。
【請求項２】
前記ガス化剤は、コークス炉の炭化室のコークス炉ガスストリームの上流に供給することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉で発生する廃熱を利用し、高温炭素を二酸化炭素及び／または水と反応させてコークス炉ガス（ｃｏｋｅ  ｏｖｅｎ  ｇａｓ、ＣＯＧ）を増量させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉ガスとは、製鉄所でのコークス乾留過程で副産物として生成されるガスのことである。このようなコークス炉ガスは精製過程を通じて製鉄所内で燃料として大部分使用されているが、最近では、コークス炉ガスの使用量が増加し、コークス炉ガスを増量させることが重要な課題と浮かび上がっている。
【０００３】
一方、最近、二酸化炭素の問題により、水素の大量生産が重要な問題と浮上している中、水素を大量生産することができる潜在的な原料としてコークス炉ガスが注目を浴びている。
【０００４】
しかし、未精製コークス炉ガスに含まれたタール、Ｈ２Ｓなどのため、高温のコークス炉ガスの顕熱から熱交換装置によりエネルギーを回収することが困難である。該問題を解決するため、最近、日本では高温の未精製コークス炉ガスに含まれたタールを触媒を介して分解したり、酸素を入れて約１２００℃の高温で部分酸化させて可燃性ガス成分を増量する研究が行われているが、触媒再生と高い酸素消耗による技術的、経済的問題を抱えている。
【０００５】
そして、炭素と二酸化炭素または水との反応を介して一酸化炭素及び水素を得る研究が、石炭ガス化の主な反応として注目を集めていたが、ガス化のために高温の熱エネルギーが必要で、これを解決するために多量の酸素を使用している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、炭素を二酸化炭素または水と反応させるためには高温の熱が必要であるが、本発明はコークス炉ガスの廃熱とコークス製造時に発生する、例えば、粉末コークス、粉末石炭、付着カーボン、スポンジカーボンなどのような高温炭素を活用することで、高温の熱エネルギーの投入を最小化することができる方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は、コークス製造時に発生する活用度の低い高温炭素、特に、スポンジカーボンを二酸化炭素及び水と化学反応させて一酸化炭素または一酸化炭素と水素に転換させることで、コークス炉ガスを増量する方法を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は、上記のように、コークス炉で発生する高温の未精製コークス炉ガスの顕熱を用いてコークス炉ガスの総熱量を増加させる方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はコークス炉ガスの増量方法に関し、第１具現例として、コークス炉の炭化室のコークス炉ガス（ＣＯＧ）ストリームに二酸化炭素、水またはこれらの混合物であるガス化剤を供給する段階と、上記ガス化剤を炭化室内の炭素と反応させて炭素をガス化する段階とを含むコークス炉ガスの増量方法を提供する。
【００１０】
第２具現例として、上記ガス化剤はコークス炉の炭化室のコークス炉ガスストリームの上流に供給することを特徴とするコークス炉ガスの増量方法を提供する。
【００１１】
第３具現例として、上記コークス炉ガスストリームに供給されるガス化剤は、コークス炉ガスの総発生量の０．１〜１０体積％であることを特徴とするコークス炉ガスの増量方法を提供する。
【００１２】
第４具現例として、上記ガス化剤が供給されたコークス炉ガスストリームが炭化室で５秒〜１分間滞留するように制御することを特徴とするコークス炉ガスの増量方法を提供する。
【００１３】
また、第５具現例として、炭化室及び上昇管を含み、炭化室から上昇管に移動するコークス炉ガスストリームが形成されるコークス炉において、上記炭化室のコークス炉ガスストリームに二酸化炭素、水またはこれらの混合物であるガス化剤を供給するガス化剤導入管を有するコークス炉を提供する。
【００１４】
第６具現例として、上記ガス化剤導入管は、コークス炉ガスストリームの上流にガス化剤を供給するように形成されていることを特徴とするコークス炉を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、コークス炉ガスの増量が可能で、コークス炉の廃熱を用いてＣＯ−２を資源化することで、ＣＯ２の大量減縮を経済的に処理することができる。
【００１６】
また、増量したコークス炉ガスは、製鉄工程で必要な還元剤及び熱源として用いられたり、水素に転換させて水素を大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の二酸化炭素及び水を利用したコークス炉ガスの増量工程の一例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、本発明を図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の二酸化炭素及び水を利用したコークス炉ガスの増量工程の一例を示す。
【００２０】
図１に示したように、コークス炉の炭化室にガス化剤を投入する。上記炭化室にコークスの製造のため石炭を装入してコークスを高温（〜１２００℃）で乾留する過程で、炭素として粉末コークス、粉末石炭、付着カーボン、スポンジカーボンなどが発生し、また、副産物として石炭ガスが発生する。上記発生するコークス炉ガスは、通常、８００〜１２００℃範囲の温度を有する。
【００２１】
このような未精製コークス炉ガスにガス化剤を投入して常圧ガス化工程によりガス化反応を起こし、コークス炉ガスを増量させることができる。このとき用いられるガス化剤としては二酸化炭素及び水を挙げることができる。
【００２２】
Ｃ（高温炭素）＋ＣＯ２→２ＣＯ
ΔＨ＝４１．４ｋｃａｌ／ｍｏｌ（吸熱反応：Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ反応）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
ΔＨ＝３１．３ｋｃａｌ／ｍｏｌ（吸熱反応：Ｗａｔｅｒ−ｇａｓ反応）
【００２３】
本発明において、二酸化炭素は、コークス炉の廃熱である８００℃以上の高温を利用し、高温炭素と吸熱反応であるＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応を起こして一酸化炭素を作る反応媒体として作用する。８００℃以上の高温でＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応がさらに加速化するため、８００℃以上の高温状態を保持する炭化室にガス化剤を供給することが好ましい。上昇管から最も遠い炭化室の側壁、即ち、コークス炉ガスストリームの上流に上記ガス化剤を供給することが十分な反応時間が確保でき、ガス化反応により好ましい。
【００２４】
一方、上昇管の温度は約８００℃であるが、隣接する所に安水を利用した冷却ゾーンがあるため、上記のようなガス化反応が容易に発生せず、この場合には、相対的に長い間滞留しなければならない。従って、上昇管に近接するほど、付着された炭素の量、その温度、滞留時間が制限されることにより、ガス化反応による一酸化炭素の発生が容易ではない。
【００２５】
よって、上記のように炭化室の側壁にガス化剤を供給するガス化剤導入管が備えられ、上記ガス化剤導入管は炭化室内のコークス炉ガスストリームの上流に備えられることがより好ましい。
【００２６】
さらに、上記ガス化反応は急激な吸熱反応であるため、より効果的にコークス炉ガスの高温廃熱が回収できるだけでなく、コークス炉ガスを増量させることができ、また、二酸化炭素を資源化し、二酸化炭素の排出を減少させることができる。
【００２７】
また、ガス化剤として水をさらに投入することができる。この場合、吸熱反応である水性ガス反応（ｗａｔｅｒ−ｇａｓ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）をするため、高温廃熱も効率的に回収することができ、一酸化炭素と水素を生産することができる。これにより、コークス炉ガスを増量させることができ、さらには、水素を生産することができる。
【００２８】
このようなガス化剤は、コークス炉ガスの総発生量の０．１〜１０体積％の範囲で供給することが好ましく、より好ましくは１〜５体積％、さらに好ましくは１．５〜３体積％のガス化剤を供給することができる。通常、コークス炉ガス発生量は、装入石炭１トン当たりに約１００−５００Ｎｍ３発生するが、ガス化剤の投入量がコークス炉ガス発生量の０．１体積％未満であれば、ガス化剤の投入による効果が少なく、１０体積％を超えると、供給されたガス化剤が一酸化炭素に転換されずにそのまま残存し、ガス化剤の含量が増加するため、好ましくない。
【００２９】
また、上記ガス化剤は、炭素とガス化反応をして十分な一酸化炭素及び／または水素ガスを生成するために、炭化室で５秒以上滞留することが好ましい。しかし、１分を超えると、追加的なガス化反応が行われないため、１分以内滞留させることが好ましく、１０秒〜３０秒間滞留するように調節することがより好ましい。滞留時間は、ガス化剤とストリームの流量を制御したり、炭化室の長さを調節することで、制御することができる。
【００３０】
さらに、二酸化炭素、水またはこれらの混合物を投入することができるガス化剤導入管を含み、反応滞留時間を確保することができる構造の炭化室を有するコークス炉によりコークス炉ガスを増量させ、増量されたコークス炉ガスを処理することができる後処理システムを含むことができ、また、該後処理システムにおいて、高温炭素と投入した二酸化炭素／水のガス化剤による反応で生成された一酸化炭素と水素を分離し、保存する設備を含むことができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図１のような疑似コークス炉システムを利用し、１０００℃の反応条件で、体積％で、メタン２７％、水素５６％、一酸化炭素８％、二酸化炭素３％からなるコークス炉ガス（残部は窒素ガス）にコークス炉ガス発生量の２％水準のＣＯ２を投入した。このとき、ＣＯ２は上昇管から最も遠く離れている炭化室の側面に投入し、１０００℃温度の炭化室区間で滞留を２０秒間保持させて反応を行った。
【００３２】
ＣＯ２投入後生成されたガスの組成は、水素が５４体積％に減少し、一酸化炭素が１２体積％に増加した。上記結果から投入したＣＯ２の大部分がＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応を介してＣＯに転換されたことが確認できた。
【００３３】
（比較例１）
二酸化炭素を上昇管に近接した位置に投入し、供給した二酸化炭素を炭化室で２秒滞留させたことを除き、実施例１と同様の方法で実験を行った。
【００３４】
ＣＯ２投入後生成されたガスの組成は殆ど変化がなく、投入した二酸化炭素の約１０％がＣＯに転換されたことが確認できた。
【図１】
0005619181.tif 000002